CAS源碼解讀

什麼是CAS？

CAS全稱是CompareAndSwap，中文理解就是“比較並交換”。很多人也叫無鎖，在JDK中有很多原子操作工具都是以CAS來實現的，例如AtomicInteger、AtomicBoolean、AtomicLong、AtomicReference、AtomicIntegerArray等等，它們可以保證我們在單機多線程的情況下的線程安全的編寫我們的程序，下面我們會以AtomicInteger爲例來了解CAS的底層是如何保證原子操作的。

CAS原理

從AtomicInteger的getAndIncrement() 方法進行源碼分析，不難發現CAS底層調用了unsafe的getAndAddInt方法。

AtomicInteger源碼

java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger

    public final int getAndIncrement() {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
    }

Unsafe源碼

sun.misc.Unsafe getAndAddInt方法是一個do while循環，循環調用一個本地方法（native）compareAndSwapInt方法。 所以從這裏也可以瞭解到在一定的場景下，比如一個線程持有鎖時間太長，必然會消耗一定的CPU資源。

public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
        return var5;
    }

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

因爲native方法是C實現的，所以接下來我們要看一下C源碼。

unsafe.cpp源碼

點擊查看openJDK的unsafe.cpp源碼 我下面也貼出了核心代碼塊，從unsafe.cpp中的compareAndSwapInt()方法我們可以發現它其實調用了一個原子的cmpxchg方法。這個cmpxchg應該是彙編指令，來直接通過CPU操作對象，來完成增加值。

UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x))
  UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapInt");
  oop p = JNIHandles::resolve(obj);// 解析這個對象爲c可以認識的對象
  jint* addr = (jint *) index_oop_from_field_offset_long(p, offset); // 獲取內存地址
  return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e; // 操作CPU,當然這裏是彙編語言實現，需要後續進行進一步的瞭解。
UNSAFE_END